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← Why Hasn't the Universe Collapsed Into a Giant Black Hole? - Ask the Expert #13

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Showing Revision 1 created 02/22/2015 by Rushane Hua.

  1. 嗨,我是喬治‧莫瑟。
  2. 我是科學人雜誌的編輯,
  3. 也是《The Complete Idiot's Guide to String Theory》一書的作者,
  4. 現在我來回答你們的問題。
  5. 好。第一個問題是:
  6. 假設我是一個在距離六千五百萬光年或更遠的
    太空船上的外星人。
  7. 我透過望遠鏡看地球,看到恐龍生活著。
  8. 如果我的太空船開始以接近光速的速度
    朝地球開去,
  9. 那我會看到恐龍們加快移動嗎?
  10. 這是一個非常好的問題,
  11. 很巧妙的問題。
  12. 這是你在處理相對論時,
  13. 會時常出現的問題。愛因斯坦的相對論。

  14. 其實我先問了一位天文物理學家
    來確認我有一個正確的答案。
  15. 所以,基本上的情況是,
  16. 恐龍會比你在(靜止的)太空船上看到的
    移動地快很多,
  17. 理由是類似這樣:
  18. 當你出發時,你是看到六千五百萬年前的恐龍。
  19. 當你抵達時,你是以接近光速的速度移動,
  20. 你看到六千五百萬年以後的牠們,
  21. 所以已經過了一億三千萬年。
  22. 根據恐龍的時間,
  23. 在你的太空船上發生的事看起來不太一樣。
  24. 在太空船上,距離看似縮短許多,
  25. 由於你以非常接近光速的速度移動著。
  26. 如果你以0.99倍光速的速度移動,
    距離看起來就大概只有一千萬光年左右,
  27. 所以你需要一千萬年來走這段距離。
  28. 好,地球上過了一億三千萬年,
    你的太空船上過了一千萬年,
  29. 恐龍們看起來像是被加速十三倍。
  30. 牠們在移動,牠們在踏來踏去然後啃著獵物,
  31. 從太空船上的你的角度來看,牠們做這些事的速度是牠們看自己的速度的十三倍。
  32. 好,第二個問題,也是一個非常好的問題:
  33. 如果說所有的移動都是相對的,
  34. 為什麼速度會有上限?
  35. 要量速度的話,需要以一個東西為基準,
  36. 所以,速度的上限是以什麼為基準?
  37. 這真的是一個非常好的問題,
  38. 因為它直指相對論的核心,愛因斯坦的相對論,
  39. 以及這個理論的意涵與它所做的奇異預測。
  40. 基本上,對每個人來說,光速都是一樣的,
  41. 不論你以什麼為基準測量。
  42. 你可以以太空船、火車、汽車、船為基準,
  43. 走在路上量,站著不動量,都可以,
  44. 而且你將會看到對每個人來說光速都是一樣的。
  45. 這跟我們在自然中觀察到的其它事情完全不一樣;
  46. 如果我坐在車上然後把一顆球丟出車外,
    我必須把球的速度加上或減掉車速。
  47. 但是對光來說這不是對的。
  48. 如果我用手電筒照一道光出車外,
  49. 相對於車上的我,這道光會以光速移動,
  50. 相對於人行道的人以光速移動,
  51. 相對於赤道看著遠方行星上的外星人的人
  52. 以光速移動。
  53. 每個人看我從車上照出的那道光時,都會看到同樣的光速。
  54. 而這是一件奇怪的事情,
  55. 就是光速對每一個人都是一樣的,
  56. 但這是構成你聽到所有跟愛因斯坦的理論有關的事的基礎。
  57. 它是不同觀察者看到時間不同這個事實的基礎,
  58. 和長度對不同觀察者來說不一樣。
  59. 時間和空間在「時空」之中結合,
  60. 實在無法把時間和空間分開來處理,
  61. 它們在「時空」這個東西裡面合而為一。
  62. 而這是光速對每個人都一樣這個事實所發展出來的結果。
  63. 第三個問題的方向比較不一樣,但我也是滿喜歡。
  64. 如果一個黑洞的事件視界變大,
    每次它的密度變大,
  65. 也就是說它吸收質量。
  66. 為什麼整個宇宙還沒崩塌成一個巨大的黑洞?
  67. 這種擴張中的黑洞不是應該以指數增長的速度變大嗎?
  68. 另外,這會是我們宇宙的結束,且有可能是新一個宇宙的誕生;
  69. 或是個大霹靂,和我們宇宙的誕生一樣?
  70. 這是一個相當有洞察力的問題,因為這是真的。
  71. 隨著黑洞吸收物質,他們變得更大,
  72. 所以你覺得它們以指數擴張,
  73. 隨著它們吸收更多物質,它們變得更大,
    成為更大的目標,
  74. 它們吸收更多物質,然後變得越來越大,
    這個速度是指數增長。
  75. 這是對的,黑洞是以指數增長的速率擴張,
  76. 如果你一直餵東西給它們,如果有材料給它們吃。
  77. 事實上,在天文物理學裡面有個東西
    叫Salpeter時間,
  78. 這大概是幾千萬年,
  79. 表示黑洞多久會擴張成原來的兩倍。
  80. 所以它們每幾千萬年會變成原來的兩倍,
  81. 如果一直有東西餵給它們的話。
  82. 注意這個「如果」相當重要。
  83. 雖然黑洞是怪獸,
  84. 而且它們像是吸塵器一樣把所有東西吸進去,
  85. 它們在星系的尺度下還是很小,
  86. 所以它們(對物質來說)也不是很大的目標。
  87. 通常在這種情況中,黑洞都處在星系的中心,
  88. 要獲得足夠的物質是一件困難的事,
  89. 所以它們很容易被自己的成長扼殺;
  90. 不僅是因為物質獲得不易,
    還有因為黑洞會主動改變它所處的環境,
  91. 它會把東西灑到太空中並且把東西推開,
  92. 它會把加熱一些東西來防止它們掉入,
  93. 所以它們會控制自己的成長。
  94. 所以對它們來說要長大很困難,
  95. 要持續一個指數速率的成長。
  96. 它們一開始可能有長得這麼快,
    但是之後它們就有點趨近平緩,
  97. 然後它們獲得類似
  98. 它們所處星系質量的百分之幾十。
  99. 它們有一個自我控制的機制。
  100. 感謝各位提出這些精采的問題。
  101. 如果你想對下個專家提出其它的問題,
  102. 請在底下留言。
  103. 挑戰一下下一個專家,
  104. 給他們像你們給我一樣的困難問題。